Отзывы оппонентов (Световые пули и спектр фемтосекундного лазерного излучения при филаментации в плавленом кварце), страница 2

Диссертация Сметаниной Евгении Олеговны «Световые пули и спектр фемтосекундного лазерного излучения при филаментации в плавленом кварце» обладает теоретической и практической значимостью и полностью соответствует требованиям к кандидатским диссертациям Положения о порядке присуждения ученых степеней ВАК, а ее автор, без сомнения, заслуживает присуждения ей ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.04.21 - Лазерная физика. отзыв официального оппонента на диссертационную работу Сметаниной Евгении Олеговны "Световые пули и спектр фемтосекундного лазерного излучения при филаментации в плавленом кварце"„ представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.21 — лазерная физика. Диссертационная работа Е, О.

Сметаниной посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию пространственно-временной трансформации мощного фемтосекундного лазерного излучения и генерации суперконтинуума при филаментации в плавленом кварце. Изучение самофокусировки и филаментации высокоинтенсивного лазерного излучения в прозрачных диэлектрических средах является одним из наиболее популярных направлений современной нелинейной оптики. В процессе распространения волновых пакетов с мощностью, существенно превышающей критическую мощность для самофокусировки, в нелинейной среде возможна значительная концентрация энергии светового поля в узком пучке — филаменте.

При этом пространственная фокусировка сопровождается значительной временной компрессией волнового пакета. В области фокусировки важную роль начинают играть такие эффекты, как хроматическая дисперсия высших порядков, инерционность нелинейного отклика среды, волновая нестационарность, возможно формирование самонаведенной лазерной плазмы, возникающей при превышении интенсивностью пучка порога фотоионизации среды и ведущей к его дефокусировке. Сложное взаимодействие этих физических эффектов может приводить к значительному уширению временного спектра излучения и генерации широкополосного суперконтинуума.

При определенных условиях благодаря балансу дифракции„дисперсии и нелинейности, становится возможным формирование и распространение в среде уникальных объектов— полностью локализованных как во времени, так и в пространстве волновых пакетов— "световых пуль". Генерация суперконтинуума и световых пуль в плавленом кварце являются центральными результатами диссертационной работы. Широкий круг возможных приложений, использующих явление филаментации фемтосекундного излучения в нелинейной среде, таких как широкополосное зондирование атмосферы, формирование широкополосных лазерных источников, запись постоянных волноводных структур в прозрачных диэлектриках, генерация протяженных плазменных каналов филамента и др.„ свидетельствует о несомненной актуальности диссертационной работы.

Достоверность результатов и выводов, представленных в диссертационной работе, обеспечивается хорошим согласием результатов теоретических рассчетов, выполненных с использованием проверенных фундаментальных моделей, с экспериментальными данными, полученными при участии коллективов Фемтоцентра ИСАН и Института физики НАН Украины. Наличие как экспериментальной, так и развернутой теоретической части исследования, является одним из наибольших достоинств данной диссертации. Диссертация состоит из Введения, пяти глав и заключения.

Список цитируемых литературных источников включает 189 наименований. Общий объем работы — 147 страниц. В первой главе дан обзор литературы, посвященной явлению фемтосекундной филаментации и его применениям, генерации суперконтинуума при филаментации в прозрачных диэлектрических средах. Обзор литературы достаточно полно отражает современное состояние исследований и определяет место диссертационной работы в данной области. Во второй главе описываются численные методы моделирования процесса филаментации, использованные в диссертации. В основе математической модели лежит нелинейное волновое уравнение для медленной меняющейся огибающей светового поля, учитывающее дифракцию, дисперсию согласно формуле Селмейера, Керровскую и плазменную нелинейности, эффект самоукручения фронта огибающей импульса, а также потери на ионизацию среды. Кинетическое уравнение для концентрации зарядов в наведенной лазерной плазме включает полевой и столкновительный процессы ионизация.

Особое внимание уделено вопросам сопоставления результатов численного счета и экспериментально регистрируемых частотно-угловых спектров излучения. Приводится описание простой, но весьма оригинальной интерференционной модели филаментации, описывающей особенности частотно-углового распределения интенсивности спектральных компонент суперконтинуума при наличии одного филамента, или нескольких коаксиальных филаментов, возникающих в результате рефокусировки, В третьей главе приведены экспериментальные результаты по регистрации частотно- угловых спектров импульса для различных несущих частот, относящихся к областям нормальной, практически нулевой и аномальной дисперсии групповых скоростей в плавленом кварце, Проводится сопоставление экспериментальных данных и результатов численного моделирования.

В рамках общего подхода, включающего экспериментальные, численные и аналитические исследования, выявлены закономерности появления модуляции частотно- углового спектра суперконтинуума при рефокусировке излучения в филаменте. Показано, что рефокусировка сопровождается появлением характерной дискретной структуры цветных колец в изображении конической эмиссии в дальнем поле. Четвертая глава посвящена исследованию особенностей формирования широкополосного суперконтинуума при фемтосекундной филаментации в условиях аномальной дисперсии групповой скорости. В данной главе приведены частотные спектры, полученные при интегрировании по телесному углу полного частотно-углового распределения интенсивности спектральных компонент. Г1ри перестройке центральной длины волны излучения от 1200 нм до 2300 нм численно и экспериментально зарегистрировано формирование специфического изолированного крыла в высокочастотной области спектра суперконтинуума, возникающего в процессе филаментации.

Установлено, что провал между центральной областью спектра и изолированным максимумом в видимой области формируется за счет интерференции широкополосного когерентного излучения, генерируемого движущимся источником в филаменте. Показано, что независимо от характера дисперсии групповых скоростей„величина антистоксова сдвига излучения при филаментации возрастает с увеличением порядка многофотонности процесса генерации лазерной плазмы. В заключительной, пятой главе численно и экспериментально исследована пространственно-временная трансформация фемтосекундного лазерного излучения с центральными длинами волн в области аномальной дисперсии плавленого кварца.

На основании результатов численного счета автором предсказано формирование последовательности световых пуль в процессе филаментации при определенных параметрах излучения в режиме аномальной дисперсии. Этот эффект также получил экспериментальное подтверждение. При измерении автокорреляционных функций излучения на длине волны 1800 нм на выходе образца были получены функции с шириной до 27 фс, что соответствует формированию одной локализованной световой пули с длительностью порядка !3.5 фс. Установлено, что формирование пули происходит сначала в центральной области волнового пакета, а затем этот этап сменяется отставанием пули и ее постепенным расплыванием, в то время как в центральной области начинается формирование новой трехмерной локализованной структуры.

Этот процесс может привести к генерации целой последовательности пуль. В данной главе также детально исследуется влияние наведенной керровкой и плазменной линз на динамику формирования световой пули. В качестве наиболее существенных научных результатов, полученных в диссертационной работе Е.О.

Сметаниной, мне хотелось бы отметить следующие результаты: 1, Впервые экспериментально зарегистрировано формирование световых пуль при филаментацни в плавленом кварце. С помощью измерений автокорреляционной функции световой пули в образце плавленого кварца, определена ее минимальная длительность, которая составила около 13.5 фс (две осцилляции светового поля) на длине волны 1800 нм. Процесс формирования последовательности оптических пуль детально исследован в рамках реалистичной физической модели. 2.

Численно и экспериментально исследовано формирование изолированного антистоксового крыла суперконтинуума при филаментации фемтосекундного излучения в условиях аномальной дисперсии групповых скоростей. Наличие широкого минимума в спектре суперконтинуума, отделяющего антистоксово крыло от центральной области спектра, объяснено как результат деструктивной интерференции широкополосного когерентного излучения, генерируемого движущимся источником в филаменте. Несомненная практическая значимость диссертационной работы состоит атом, что полученные при филаментации импульсы с длительностью в несколько периодов светового поля могут быть использованы в целом ряде приложений, таких как время-разрешающей спектроскопии молекул и регистрации особенностей пространственно-временной трансформации излучения в процессе распространения в нелинейной среде.

Обнаруженные особенности модуляции когерентного суперконтинуума, спектр которого достигает видимого диапазона, могут быть использованы в прикладных задачах широкополосной спектроскопии и широкополосного зондирования, Научная значимость диссертационной работы заключается в систематизированном представлении новых результатов экспериментального, численного и аналитического исследования процесса генерации широкополосного супеконтинуума и его особенностей при филаментации в условиях аномальной дисперсии групповой скорости плавленого кварца. Ключевое место в результатах диссертационной работы занимает детальный анализ пространственно-временной динамики формирования н насыщения интенсивности световых пуль филамента.